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Der Stromverbrauch wird bald über eine Smartphone-App steuerbar sein. Realität oder Utopie?

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Wann wird es Apps auf unseren Smartphones geben, die es uns ermöglichen, den Stromverbrauch in der Wohnung zu optimieren und somit beim Bezahlen zu sparen? Wie stark werden die Auswirkungen der Pandemie auf den globalen Brennstoff- und Energiekomplex sein? Ist der Abnutzungsgrad der Energieinfrastruktur in unserem Land hoch, und wie lässt sie sich am effizientesten aufrüsten? Die Antworten auf diese und andere Fragen wurden von einer Gruppe russischer und französischer Wissenschaftler gegeben, deren Forschung in der hoch angesehenen wissenschaftlichen Zeitschrift Energy Reports veröffentlicht wurde.

Die Verschlechterung der Netzwerke nähert sich einem kritischen Niveau

In den Achtzigern, Neunzigern und Nullerjahren wurden Unfälle an Heizungsnetzen von den Russen als etwas Übliches wahrgenommen. Mindestens ein- oder zweimal im Jahr, meist bei Frost, waren wir es gewohnt, dass die Heizkörper in unseren Häusern kalt wurden und heißes Wasser aus den Leitungen verschwand. Auch das Warten auf die Ankunft des Notfallteams bei Kerzenschein galt als ganz normal. Außerdem konnte man zu Sowjetzeiten, wenn abends das Licht im Gebäude ausgeschaltet war, getrost ins Bett gehen, man würde es bestenfalls am Morgen wieder reparieren.

Jetzt ist das Problem etwas weniger akut. Defekte Rohre, Kabel und Transformatoren fallen viel seltener aus, und es dauert viel kürzer, ihren normalen Betrieb wiederherzustellen, falls dies erforderlich ist, als früher. Trotzdem ist es mehr der Fall trotz als wegen ihm. Und wenn jemand denkt, dass wir nur moderne Geräte haben, die im ХХI Jahrhundert produziert wurden und bereit sind, ununterbrochen für viele weitere Jahrzehnte zu dienen, dann irrt er sich sicherlich.

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Laut Experten des australischen Analyseunternehmens Global infrastructure Hub nimmt der durchschnittliche Verfall der Energieinfrastruktur in den Entwicklungsländern "sehr schnell zu, und es ist sehr schwierig, ihn aufzuhalten", was auf das Bevölkerungswachstum und den Anstieg des durchschnittlichen Lebensstandards zurückzuführen ist. Jetzt liegt sie bei etwa 30 %, aber in Russland ist die Situation etwas schlechter als im globalen Maßstab.

Zum Beispiel beträgt die Abschreibung von Stromversorgungssystemen in unserem Land etwa 60 %, bei Hochspannungsleitungen und Kabelleitungen sind es 60 bis 65 %. Mehr als die Hälfte der Übertragungsleitungen mit einer Kapazität von 0,38 bis 110 kV wurden vor etwa 40 Jahren geplant und gebaut. Drei Viertel der Heizkessel sind zudem mehr als 40 Jahre alt, während die ursprünglich geplante Lebensdauer nur 30 Jahre betrug. Das Wasserversorgungsnetz ist zu 60 % verschlissen. 35 % der Ausrüstung in Wasserkraftwerken und 20 % der Ausrüstung in Wärmekraftwerken sind zu 100 % verschlissen und müssen dringend ersetzt werden.

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"Einer der wichtigsten Leistungsindikatoren von Verteilungsnetzen sind die Stromverluste. Die Analyse ergab, dass er in 0,38-110 kV-Netzen zwischen 10 und 15 % liegt. Und die tatsächlichen Verluste in Russland belaufen sich auf 130 Mrd. kWh, d. h. 13,6 % der Netzversorgung. Gleichzeitig sollen sie gemäß der Energiestrategie bis 2035 nicht mehr als 8 % betragen. Das bedeutet, dass wir dringend technische und organisatorische Schritte unternehmen müssen, um die Situation zu ändern", sagt einer der Autoren der wissenschaftlichen Arbeit, der Direktor des Zentrums für digitale Technologien der Bergbauuniversität St. Petersburg, Yury Zhukovsky.

Die Publikation wurde in Zusammenarbeit mit europäischen Kollegen von der Universität Montpelier und dem Centre National de la Recherche Scientifique de France erstellt. Ihr leitender Forscher, Bernard Gill, sagt, dass das Problem der sich verschlechternden Energieinfrastruktur auch typisch für postindustrielle Staaten ist. Sie ist ein ernsthaftes Hindernis für die Entwicklung des Brennstoff- und Energiekomplexes und erfordert sofortiges Handeln auf globaler Ebene.

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"Trotz des relativ geringen Verschleißes der Energieanlagen in Frankreich bleibt das Problem ungelöst, da die Höhe der erforderlichen Investitionen in den Wiederaufbau der Stromnetze jedes Jahr nur zunimmt. Das bedeutet, dass die Anwendung neuer technologischer Ideen eine lebenswichtige Notwendigkeit für alle Länder ist, auch für unseres. Mit vereinten Kräften haben wir eine große internationale Studie durchgeführt, die es ermöglichte, am Beispiel des Zustands der russischen Infrastruktur wichtige Lösungen zur Verbesserung der Qualität des Anlagevermögens zu identifizieren. Die entwickelte Methodik, die in diesem Artikel beschrieben wird, kann angewandt werden, um ähnliche Untersuchungen nicht nur in Frankreich und Russland, sondern auch in anderen Ländern durchzuführen", so Bernard Gill.

Научная статья The influence of technological changes in energy efficiency on the infrastructure deterioration in the energy sector
(https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.05.001 )

Auswege

Die Aufgabe der Wissenschaftler war es, die infrastrukturellen und technologischen Lösungen zu bewerten, die die Effizienz der Ausgaben für die Modernisierung von Energieobjekten garantieren könnten. Insbesondere, um den Grad des Einflusses globaler Herausforderungen, wie Pandemien, die Notwendigkeit, die Auswirkungen des Menschen auf die Umwelt zu minimieren, Wirtschaftskrisen, Bevölkerungswachstum und andere, auf die Entwicklung des Kraftstoff- und Energiesektors zu bestimmen.

Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass im Falle der Realisierung des Negativszenarios der Mangel an ausreichenden Investitionen in der Industrie nicht nur zu einem starken Anstieg der Unfallzahlen, sondern auch zu einer Verschlechterung der Umweltsituation im Land führen wird. Aber selbst im Falle einer positiven Entwicklung der Ereignisse, d.h. im Falle der Beendigung der Abriegelungen und der Rückkehr zu einem nachhaltigen sozioökonomischen Wachstum, wird das derzeitige Niveau der Finanzspritzen und vor allem ihr Vektor keine Änderung der Konjunktur auch nur in einem Jahrzehnt erlauben. Schließlich werden die Mittel zum größten Teil nur in die Renovierung der vorhandenen Materialbasis und nicht in fortschrittliche Technologien investiert

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"Die zunehmende Dichte des Energieverbrauchs, die mit der Bevölkerungsmigration und der Digitalisierung einhergeht, sowie die wissenschaftliche und technologische Entwicklung tragen zu den bestehenden Problemen der Abschreibung der Infrastruktur bei und beschleunigen diese. Bis 2030 werden die Auswirkungen von Herausforderungen wie "Bevölkerungswachstum", "Urbanisierung" und "steigender Energieverbrauch" nur noch zunehmen, was sich auf die Alterung des Anlagevermögens auswirken wird. Diese Perspektive erfordert nicht nur eine erhöhte Finanzierung des russischen Brennstoff- und Energiekomplexes, um unsere Energie- und Umweltsicherheit zu erhöhen, sondern auch einen höheren Durchdringungsgrad solcher Blöcke wie erneuerbare Energien, Informations- und digitale Technologien in der Industrie", sagt der außerordentliche Professor der Abteilung für Wirtschaft, Organisation und Management an der Bergbauuniversität St. Petersburg, Michail Schabalow.

Worüber reden wir genau? Welche Lösungen könnten den heimischen Energiesektor wettbewerbsfähiger machen? Zu den von den Wissenschaftlern vorgeschlagenen Maßnahmen gehört zum Beispiel die Umstellung auf digitale, intelligente Umspannwerke, mit denen große industrielle und kommunale Verbraucher mit Strom versorgt werden. Moderne Technologien ermöglichen es, relativ niedrige Kosten für ihre Konstruktion zu garantieren und ihre Größe zu minimieren. Und integrierte Messgeräte sorgen für einen höheren Automatisierungsschutz, überwachen die Daten und übertragen diese Informationen zur weiteren Auswertung an den Server.

Der parallele Übergang zum aktiv-adaptiven Netz, die Implementierung von Smart-Metering-Systemen und spezialisierten digitalen Plattformen wird dazu führen, dass Unternehmen und Haushalte ihren Energieverbrauch flexibler steuern können. Dadurch können sie den Energieverbrauch und die Zahlungen für Strom reduzieren. Das System wird folgendermaßen funktionieren: Daten aus dem Umspannwerk werden an Server gesendet, und dann verwendet die digitale Plattform spezielle Algorithmen, um entsprechende Berechnungen durchzuführen und dem Management des Unternehmens mehrere Optionen zur Optimierung des Anlagenbetriebs anzubieten.

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Mit anderen Worten: Der Top-Manager sieht in der Anwendung nicht nur die Informationen über den Stromverbrauch und die Preise im Laufe des Tages, sondern auch die Empfehlungen, die zur Verbesserung der Rentabilität der Produktion beitragen können. Sie können z. B. damit zusammenhängen, dass Maschinen durch energieeffizientere ersetzt werden oder dass sie ihre volle Kapazität zu einer bestimmten Tageszeit erreichen, wenn die Netzbelastung und die Kosten pro Kilowattstunde in der Regel niedriger sind. Außerdem sind diese Angaben nicht unsubstantiiert, sondern mit den ungefähren Beträgen versehen, die voraussichtlich eingespart werden können.

"Oft lassen sich Investoren bei der Auswahl eines zu finanzierenden Projekts entweder von einem gewissen Hype leiten, der um diese oder jene Branche entstanden ist (zum Beispiel Elektroautos oder Kryptowährungen), oder von einer hohen Rentabilitätsgarantie und dem Fehlen signifikanter Risiken. Wenn es um die Energieinfrastruktur geht, geschweige denn um die reale Produktion, haben viele Menschen ihre Zweifel, denn in diesem Fall ist es sehr schwierig, die wirtschaftliche Produktivität vorherzusagen. Auch der Eigentümer empfindet die Notwendigkeit solcher Investitionen oft eher als Belastung denn als Chance zur Gewinnsteigerung. Nun, unsere Studie zeigt deutlich, dass jeder Rubel, der in die Digitalisierung und Informatisierung der Anlagen des Energiesektors investiert wird, viel mehr greifbare Auswirkungen hat als der gleiche Betrag, der nur für die Renovierung des Anlagevermögens ausgegeben wird, ohne den wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt zu berücksichtigen", - erklärt Juri Schukowski.

Was sind die Vorteile für den Durchschnittsverbraucher?

Die Wege, die es ermöglichen, die Stromrechnung zu Hause zu senken, sind seit langem bekannt. Dazu gehören der Verzicht auf Glühbirnen oder das Waschen von Wäsche nach 23 Uhr, wenn der Nachttarif gilt. Übrigens ist es besser, dies bei einer Temperatur von 30 Grad zu tun, da höhere Temperaturen den Energieverbrauch deutlich erhöhen. Darüber hinaus ist es notwendig, in Räumen, in denen niemand anwesend ist, das Licht auszuschalten und die Fenster zu putzen, um die Räume heller zu machen.

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Es besteht kein Zweifel, dass solche Taktiken funktionieren, aber es ist sehr schwierig, sich auf der Basis von abstraktem Wissen zu überzeugen. Eine ganz andere Sache ist es, wenn eine Anwendung auf Ihrem Smartphone tatsächliche Informationen darüber anzeigt, wie viel Strom Sie gestern durch bestimmte Handlungen gespart haben. Eine solche Sichtbarkeit und Spezifität der Berechnungen wird die Zahl derer, die beim Energieverbrauch sparen wollen, definitiv um ein Vielfaches erhöhen.

"Wir erwarten, dass die Modernisierung der Energieinfrastruktur auf Basis der Implementierung von Smart Grids und digitalen Plattformen das Entstehen neuer Dienste und Anwendungen zur Steuerung des Stromverbrauchs erleichtern wird. Letztendlich wird dies unser tägliches Leben verändern. Wir werden ein flexibleres Stromsystem bekommen, die wachsenden Bedrohungen für die Qualität der Stromversorgung beseitigen und zusätzliche externe Investitionen in die Branche anlocken", ist sich Michail Schabalow sicher.

Laut den Autoren des Artikels kann die Implementierung solcher Technologien, im Falle eines positiven Szenarios, nicht länger als zehn Jahre dauern. So könnte in absehbarer Zeit eine weitere äußerst nützliche Anwendung in unseren Smartphones erscheinen. Um diese Idee in die Realität umzusetzen, müssen wir jedoch heute mit der Arbeit daran beginnen. Andernfalls wird ein anderes, von Nekrassow in seinem Gedicht "Die Eisenbahn" beschriebenes Szenario realisiert:

"Es ist schade, dass ich diese schöne Zeit nicht mehr erleben werde.

Weder Sie noch ich werden das machen."